【正文】 er_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10位/12位ADC、16位ΣΔ ADC、DMA、I/O端口、基本定時器（Basic Timer）、實時時鐘（RTC）和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。MSP430系列單片機的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。對于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的、FLASH存儲器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。開發(fā)語言有匯編語言和C語言。 論文安排 原理部分：第1章主要介紹了MSP430單片機的特點，結(jié)構(gòu)和工作原理。軟件部分：介紹了系統(tǒng)的軟件流程圖。 控制系統(tǒng)的原理圖本設(shè)計的控制系統(tǒng)主要包括五部分：采集模塊，鍵盤輸入模塊，電源及復(fù)位模塊，報警模塊，顯示模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖21所示。溫度傳感器通過某種關(guān)系的換算，就可以得到溫度傳感器的輸出電壓，這樣單片機通過模擬口采集得到傳感器的輸出電壓[2]。下面一部分將具體介紹系統(tǒng)的構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖21所示。傳感器模塊與單片機的A/D通道進行連接，這樣可以簡化模擬采集的設(shè)計，從而減小設(shè)計的復(fù)雜性，增加系統(tǒng)的可靠性。電源及復(fù)位模塊主要是為整個系統(tǒng)提供可靠的電源，另外考慮到系統(tǒng)工作需要有復(fù)位功能，因此也為系統(tǒng)提供復(fù)位信號。 MSP430F149的組成l 基礎(chǔ)時鐘模塊，包括一個數(shù)控振蕩器(DCO)、一個高速晶體振蕩器(最高8MHz)和一個低速晶體振蕩器(32768Hz）。l 帶有3個捕獲/比較寄存器的16位定時器Timer_A3。l 兩個具有中斷功能的8位并行端口。l 四個8位并行端口。l 模擬比較器pator_A。l 兩通道串行通信接口可用于異步或同步(USART0、USA1T1)。 MSP430F149的特點l 低電壓(}，超低功耗( 1MHz 280uA ) 。就是在(、1MHz)條件下電流只有280uA。l 快速的指令執(zhí)行時間。l 片內(nèi)有12位A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。l 具有靈活的時鐘設(shè)計。l 單片機是FLASH型的，可以實現(xiàn)寫入和擦除，再加上次單片機提供JTAG口，能實現(xiàn)能很好的在線調(diào)試仿真功能。l 片內(nèi)提供模擬信號比較器、較多的儲存器。l ，能為用戶提供更多的處理功能。 MSP430F149的定時器及轉(zhuǎn)換模塊在MSP430F149中有一個16位定時器和一個12位轉(zhuǎn)換模塊ADC12。其中有2個中斷向量，便于處理各種定時中斷。12位A/D轉(zhuǎn)換用到2個參考電平，即Vr+和Vr，作為轉(zhuǎn)換范圍的上下限和讀數(shù)的量程值和0值。ADC12有4種工作模式。對于序列通道轉(zhuǎn)換，采樣順序完全由用戶定義。MSP430F149單片機管腳如圖22所示：圖22 MSP430F149單片機管腳 單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20美國DALLS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它是一種智能溫度傳感器，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供微機處理。讀出及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外的電源。 DS18B20的技術(shù)性能l 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 l 支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫。l 在使用中不需要任何外圍元件。 l 不銹鋼保護管直徑 Φ6。 l 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, , G1/2任選。l 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。l 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 l 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。表21 DS18B20產(chǎn)品型號與規(guī)格型號測溫范圍安裝螺紋電纜長度適用管道TS18B2055~125無 mTS18B20A55~125M10X1DN1525TS18B20B55~1251/2G接線盒DN4060 DS18B20使用中注意事項DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個DS1820，在實際應(yīng)用中并非如此。 溫度傳感器DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度傳感器DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)：DS18B20采用三腳PR35封裝如圖22所示，其內(nèi)部框圖如23所示[6]。高速緩存器存儲器包含一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EP2RAM。圖23 DS18B20三腳PR35封裝圖24 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖在溫度進行計算時，以12位轉(zhuǎn)換位數(shù)為例：對于正的溫度，只要將測到的數(shù)值整數(shù)部分取出，轉(zhuǎn)換為十進制。在按照正溫度的計算方法就可以得出十進制的負(fù)的溫度了[7]。表23 DS18B20溫度寄存器格式Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1bit0LS Byte2322212021222324Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8LS ByteSSSSS262524表24 部分溫度值溫度/℃二進制表示16進制表示+12500000111 1101000007D0H+00000001 100100010191H+00000000 000010000008H000000000 000000000000H11111111 11111000FFF8H11111110 01101111FE6FH 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該系統(tǒng)采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù)，作為單片機MSP430149的溫度傳感器，該芯片有很多優(yōu)點，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理。由于該系統(tǒng)采用DS18B20作為溫度采集傳感器，這部分電路就比較簡單了，圖25為溫度采集電路。I/，來完成數(shù)據(jù)的傳送。電源模塊采用TI公司的TPS76033芯片，保證MSP430F149單片機的工作電壓。鍵盤輸入模塊主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。顯示模塊采用LCD1602顯示溫度。從單片機最小系統(tǒng)電路可以看出，單片機接口電路非常簡單，分別采用單片機的一般I/O口實現(xiàn)與其他電路的連口，在單片機的時鐘設(shè)計上與其他單片機有一定的區(qū)別，MSP430F149單片機采用兩個時鐘的輸入，一個32kHz的時鐘信號，一個8MHz的時鐘信號?？紤]到電源的輸入紋波對單片機的影響，以減小輸入端受到的干擾。 電源及復(fù)位模塊本模塊采用TPS76033（低功耗 50mA 低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器 ）芯片實現(xiàn)，如圖32所示：圖32 TPS76033實物圖電壓電路：~,并且功率極低?？紤]到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗特點，因此該硬件系統(tǒng)的電源部分采用TI公司的TPS76033芯片實現(xiàn)，該芯片能很好的滿足該硬件的系統(tǒng)的要求，另外該芯片具有很小的封裝，因此能有效的節(jié)約PCB板的面積[9]。電源電路具體如圖33所示。為了減小電源的干擾，以減小輸入端受到的干擾。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計是采用掃描方式實現(xiàn)的矩陣鍵盤。 圖35 鍵盤輸入電路該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成，、。鍵盤的工作原理：，如果有一個為低電平了，就可以確定是哪個鍵被按下。鍵盤的掃描時間很短，僅僅幾微秒的時間，然而按鍵的時間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有按鍵按下的話是都可以被掃描到的。消除抖動的方法通常有兩種：一種為軟件去抖動法，另一種為硬件去抖動法。 報警模塊該部分電路主要是驅(qū)動一個蜂鳴器，這樣只需要將蜂鳴器的一端接地，另一端以單片機進行相接就可以了。 功率放大器LM386LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。工作電壓范圍寬，412v或518v。電壓增益可調(diào)，20200。圖36 LM386LM386內(nèi)部電路原理圖如圖37所示。圖37 LM386內(nèi)部原理圖 LM386內(nèi)部原理第一級為差分放大電路T1和TT2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負(fù)載；T3和T4信號從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。 第二級為共射放大電路T7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。二極管D1和D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。電路由單電源供電，故為OTL電路。 電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 查LM386的datasheet，電源電壓412V或518V(LM386N4)；靜態(tài)消耗電流為4mA；電壓增益為20200dB；在8腳開路時，帶寬為300KHz；輸入阻抗為50K；。下面介紹改進措施：（1）通過接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容+極）來改變增益，斷開時增益為20dB。（2）PCB設(shè)計時，所有外圍元件盡可能靠近LM386；地線盡可能粗一些；輸入音頻信號通路盡可能平行走線，輸出亦如此。質(zhì)量太差的不要，否則受害的是耳朵；阻值不要太大，10K最合適，太大也會影響音質(zhì)?。?）電源的處理，也很關(guān)鍵。非?？尚械姆椒ǎ簩⑸想?、掉電時間短的電源放到+12V處，選擇上升相對較慢的電源作為LM386的Vs，但不要低于4V。好處是：“＋”、“－”輸出端可以很好地抵消共模信號，故能有效抑制共模噪聲。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。（7）減少輸出耦合電容。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會使截止頻率提高。圖38為放大增益為20接線圖。 顯示模塊系統(tǒng)的顯示電路采用LCD液晶顯示器顯示，這樣的方式能滿足該系統(tǒng)的要求，也可很容易的完成。（2）第2腳VDD接5V正電源。（4）第4腳RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。（7）第7～14腳D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。（9）第16腳是背光源負(fù)極。表32 控制命令表